[发明专利]一种无损检测导电氧化物薄膜电学性能的方法

说明书

本发明的目的在于提供一种快速、无损检测导电氧化物薄膜电学性能的方法，首先利用激光拉曼(Raman)光谱仪测定导电氧化物薄膜的特定光谱，将特定光谱进行定量，定量方法可对拉曼的E²_high，AM和LO三种信号进行准确定量与区分，进而间接解决了该三类信号对应的本征缺陷或非本征缺陷结构难以定量的难题；接着将光谱定量数据与霍尔测试仪实际测到的电学数据进行比对分析，得出对应关系；最后根据对应关系，就可以利用拉曼光谱仪这种无损检测手段，快速测量出导电氧化物薄膜的电学性能，在检测领域具有极大的应用前景。

技术领域

本发明属于电学性能检测领域，具体涉及利用拉曼光谱无损检测导电氧化物薄膜电学性能的方法。

背景技术

随着现代工业技术的发展，对显示屏中各膜层电学性能进行无损，快速，且准确的评估是亟待开发的技术。尤其对显示器件中的膜层之一进行电学性能检测，而不影响后续薄膜的高质量生长，更是对这种无损检测技术提出了更高的要求。

掺杂氧化物导电薄膜(如ITO,In₂O₃:Sn,FTO,SnO₂:F,AZO,ZnO:Al等)作为现代显示屏中的主功能层。在现代科技研究和应用中拥有非常广阔的市场和巨大的开发潜力，几乎所有光电子器件研究和设备都要涉及到上述掺杂氧化物导电薄膜的选取和制备。特别是随着各类平面显示器(Flat panel display)、智能窗户(Smart windows)等产业的兴起和发展，对掺杂氧化物导电薄膜的需求也与日俱增。磁控溅射法制备上述掺杂氧化物导电薄膜，是目前产业界应用最多的制备技术。因此，对磁控溅射法制备的掺杂氧化物导电薄膜的电学性能进行无损检测，在实际工程应用中显得尤为重要。

目前已有多种手段可对磁控溅射制备的掺杂氧化物薄膜进行电学性能评估，如霍尔测试仪，四探针仪，X射线衍射仪，拉曼光谱仪等。虽然霍尔测试仪和四探针仪能够直接评估薄膜的电导率、电阻率等电学性能，但是为接触型测试，接触测试会破坏膜层表面平整性或带来缺陷，进而影响后道薄膜的生长。X射线衍射仪和拉曼光谱仪则是通过光与薄膜作用，通过光作用前后光信号的变化，来间接评价其电学性能的好坏，为非接触性无损检测技术。但是由于X射线衍射仪测试时间较长(6min～30min)和所测定的晶格常数与电学性能对应关系为非线性，使得评估时存在较大误差较。

拉曼光谱仪是作为非接触型无损测试手段，因其检测速度快(60s～120s)，有望满足工业界对导电氧化物薄膜电学性能的快速检测需求。电学性能微观层次反映在导电离子、电子的浓度高低(即载流子浓度)和导电离子、电子定向移动的速率快慢(即迁移率)。采用拉曼光谱可以对影响载流子浓度和迁移率敏感的本征或非本征结构缺陷进行有效测量，通过测定缺陷的数量和种类来间接评价电学性能的好坏。例如现有技术公开：中国科技大学王海千小组认为在掺铝氧化锌(AZO)的拉曼光谱中，其LO峰是本征氧晶格振动所致，其强度的增加与氧缺陷(包括氧填隙和氧空位)有关，而这些缺陷会使得电学性能变差，但是二者关系没有经过定量评估(Hao et al.,Defects generated by MF magnetronsputtering and their influences on the electrical and optical properties ofAl doped ZnO thin films,Applied Surface Science,2015,351,392-400)。韩国延世大学Cho小组实验观察发现，RF磁控溅射制备的AZO薄膜中有两个特征峰的变化与载流子浓度相关。通过多峰(8个)拟合拉曼光谱，对2个AM峰(475和505cm^-1)进行定量分析，发现这两个信号的相对强度之变化与载流子浓度存在线性关系(Mohanty et al.,Structural andraman scattering properties of ZnO:Al thin films sputter-deposited at roomtemperature,Journal of The Electrochemical Society,2012,159,96-101)。